基于天津电网CC2000 DTS的网损分析系统

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  [摘 要] 天津电网地处华北电网受端系统,京津唐电网联系紧密,基于天津电网CC2000 DTS的网损分析系统采用了科技手段通过对电厂出力、系统运行方式变化及网络重组情况进行在线增、降损分析,从而可以采取有效降损措施,减少潮流迂回,提高设备运行率,是调度运行管理重要的辅助决策工具
  [关键词] 天津电网 DTS网损分析 系统
  
  1 前言
  
  电力系统的中心任务是保证电网安全、稳定、经济和优质运行。线损率是电力企业重要的综合性指标,它与电网规划、设计、运行、管理密切相关。电网经济调度是在保证电网安全、可靠的基础上,充分利用电网中现有的输(配)、变电设备,通过科学的定量计算与分析,优化运行方式组合及负载经济渊配等技术措施,最大限度地降低变压器和线路损耗。
  随着城网、农网改造及‘十一’五规划的实施,基于天津电网CC2000 DTS的网损分析系统是电网安全经济运行必不可缺少的在线计算分析工具,在较短时间内可以快速、准确分析出方式变化对地区损失的影响,通过量化对比后,采取有效措施,使电网处于经济合理运行状态。本文从提高天津电网安全、经济运行为出发点,就系统功能、构想及方案实施等六个方面进行了阐述。
  
  2 总体功能与构思
  
  (1)利用CC2000 DTS与CC2000 SCADA/EMS一体化的系统结构具有系统画面、数据库维护量小,可以方便地获取电网实时数据和状态估计处理后的实时数据的特点,使网损分析系统能够在‘分’级单位内同时分忻比较方式变化、负荷转移及网络重构对各电压等级网损关联影响:
  (2)采用CC2000 DTS动态潮流法进行电网损耗计算分析,可存频率计算基础上实现厂网方式变化对网损影响分析,与常规潮流单一平衡节点相比更能真实的反映网络损失分布情况,同时可提高潮流计算的收敛性:
  (3)在CC2000 DTS电网仿真计算基础上,网损管理分析子系统可以深入分析电网损耗的构成和分布情况,找出电网中的薄弱环节:
  (4)利用CC2000 DTS的研究分析功能,在人机界面上方便进行电网结构和运行方式的调整,进一步制定节能降损措施:
  (5)利用网络重组功能,可针对电网规划研究特定方式下网损分布情况,合理调整或规划未来电网的运行方式:
  (6)网损分析系统可在CC2000 DTS基础上,通过分层、分线、分变计算损耗绝对值和损耗率,具有排序、查找、转存功能,利用关口定义可对天津地区网损及网损率进行汇总计算,也可以通过拓扑进行网损分区分析,并对统计分析结果施行有机组织和管理,供用户查阅、编辑。
  
  3 技术方案
  


  3.1 总体结构
  基于CC2000 DTS的网损分析系统是在CC2000电网调度自动化平台基础上,利用DTS的强大计算和研究分析功能实现网损计算分析。网损分析系统总体结构如图1所示。CC2000 DTS系统主要包括初始化、教员支持功能和电网仿真等子系统。初始化子系统读取电网设备参数、拓扑结构及运行数据在CC2000平台的DTS专用实时库中建立各类关联关系。电网仿真子系统是DTS计算引擎,建立电力系统设备数字仿真模型进行电力系统动态潮流计算从而实现电网仿真。教员支持功能子系统分教员的培训、分析前教案准备和培训及分析中一二次设备操作提供全范围的功能支撑。
  网损分析系统包括研究分析功能和网损管理分析子系统。其中研究分析功能可为分析人员提供了网络重构分析功能,通过人机界面,增减厂站、变压器、线路、电容(抗)器设备以及负荷数据整合等功能,实现对未来方式网损分析。网损管理分析子系统在电网仿真分析基础上分电压等级、分设备类型、拓扑分区及用电分区进行有功损耗及损耗率进行统计计算,给出用户需要的具有网损和网损率排序功能的各类统计分析报表,报表既可以在人机界面上进行显示,也可生成离线文件供用户编辑。
  
  3.2 电网仿真子系统
  电网仿真子系统已经考虑了电网现有和未来规划中的所有电气设备及元件的模型要求。提供的稳态设备模型主要有:发电机、线路、变压器、电抗/电容器、母线、开关、刀闸、负荷等。
  3.2.1 电力系统网络模型
  (1)母线模型:为了和实际系统中的母线保护相匹配,实际厂站中的母线一律予以保留。网络建模中保持母线模型和现场的完全一致性,母线编号采用实际母线的编号,包括如下母线接线方式:3/2接线、4/3接线、双母线带旁路、双母线分段带旁路、多角形接线、桥形接线、单母分段带旁路、单母线带旁路、四段母线带旁路、三段母线带旁路、旁路兼母联等。
  (2)交流线路:交流线路采用π型支路模型。线路考虑了电导和对地电纳参数。
  (3)变压器模型:变压器模型一般采用丌型等值电路模型,能够模拟两卷变、三卷变及分裂绕组变压器,同时考虑了变压器固定损失的影响。
  (4)电抗器模型:用一接地支路来模拟,其电抗值为正值。
  (5)电容器模型:用一接地支路来模拟,其电抗值为负值。
  (6)开关模型:能模拟线路开关、变压器开关、发电机开关、负荷开关、电容/电抗器开关、母线、旁路开关、母联开关、旁路兼母联开关。
  (7)刀闸模型:有母线刀闸,线路刀闸,旁路刀闸,母线接地刀闸,线路接地刀闸,变压器中性点接地刀等。
  (8)发电机模型:把发电机看成静态变化的电源,发电机出力调节过程中考虑发电机功率调节的惯性过程和功频特性。
  (10)静止无功补偿装置:静止无功补偿装置用电抗器和电容器的叠加来模拟,能根据系统电压变化情况,调节无功补偿容量。
  (11)负荷模型:负荷模型中考虑频率静特性和二次电压静特性,能反应频率和电压变化时负荷的动态特性。在仿真过程中负荷设置为恒定功率、恒定电流、恒定阻抗三部分,用户可以修改各部分所占比例。通常用多项式表示负荷的有功功率和无功功率静态特性。
  


  3.2.2频率计算模型
  CC2000 DTS根据各孤立系统有功出力和负荷的大小,计算各孤立系统不同时刻加速功率的大小,并根据调速特性、负荷特性的数学模型来确定各孤立系统的频率。在计算系统频率时考虑了发电机的转动惯量和一次调频的作用。可模拟故障或操作后各解列岛的频率变化过程。当电网中有并网/解列操作时,可计算并网/解列后的新电岛的频率。根据各子系统发电总出力、用电总负荷、网损、负荷特性、调速器特性,用微分方程计算各岛频率。
  3.2.3 网络拓扑模型
  网络拓扑功能可处理任意接线方式的厂站。可以根据各刀闸与开关的实际开合状态来判断各母线与线路的联通状况,以构成各岛内节点的联通状况,提供潮流计算所需的网络结构。包括变电站拓扑分析和系统 网络拓扑分析:
  变电站拓扑分析是根据变电站中开关、刀闸状态和连接关系分析出计算母线的连接关系:系统网络拓扑分析是在变电站拓扑分析基础上,根据系统线路的连接关系分析出各相互连接线路和计算母线,即电气岛的连接关系。DTS在此基础上进行动态潮流计算。
  3.2.4 电网动态潮流、频率仿真
  DTS的动态潮流不考虑机电暂态过程,但计及中长期动态过程,能仿真出系统操作或调整后发电机和负荷功率的变化、潮流的变化和系统频率的变化过程。在静态仿真过程中,采用了全网同摆的动态潮流模型、考虑发电机出力调节的惯性变化过程。系统频率的变化,采用微分方程来模拟。计算频率的动态变化而不是静态结果,计算中考虑了发电机的频率调节效应、发电机转动惯量及负荷的频率特性效应。系统解列后,可同时计算各孤立系统的潮流频率。
  采用动态潮流算法,本身具有很好的收敛性,提供了PQ分解法和牛顿一拉夫逊法,在常规情况下采用PO分解法,保证潮流计算的快速性,在潮流收敛慢时自动转成牛顿一拉夫逊法,保证潮流的收敛性。潮流算法中考虑了元件大R/X比值病态问题、重负荷系统等病态系统的收敛性问题及具有串联电容支路系统的收敛性问题。
  一般系统解列后,由于解列前后联络线输送功率变化较大,必然伴随子网缺额或过剩功率而导致子网的潮流不收敛。解决方法是将频率计算先于潮流计算,待与频率相关的自动装置一轮动作完成后,再进行潮流计算,如此循环,直至系统潮流收敛为止。
  
  3.3 网损分析管理分析子系统
  网损分析管理分析子系统是电网损耗分析系统的中枢,在电网仿真准确的计算出电网状态基础上,分电压等级、分设备类型、分整网地区及拓扑分区进行有功损耗及损耗率统计计算,并对分析、统计结果进行有机组织和管理,在人机界面显示并存储于报表文件。
  网损分析系统具有两种启动方式:人工和整点定时启动。人工启动方式可以由用户触发启动网损分析计算,可针对某一运行工况深入分析电网损耗的构成和分布情况,找出电网中的薄弱环节,并利用教员支持功能或研究分析功能验证方式调整对降损的效果等目的。整点定时启动在一天各整点时刻自动启动DTS的初始化、电网仿真和网损管理分析子系统,并将网损分析报表文件依时存储在硬盘中供用户查阅。
  根据网损分析的范围,分为三类网损分析功能:全网网损分析、地区网损分析、用电分区网损分析。全网网损分析是计算拓扑范围内各电压等级线路铜损和变压器铁损、铜损,在此基础上分别对电压等级线路损耗进行统计、对各电压等级变压器损耗进行统计,对所有线路铜损总加、所有变压器铜损总加和铁损总加。地区网损分析是计算用户所关注的管辖区域电网中所有电压等级线路和变压器铜损及变压器铁损,并根据用户设置关口定义和电压等级分别计算线路铜损、变压器铁损和铜损、关口注入总量和网损率。用电分区网损分析对用户指定的用电区域进行变压器铜损、铁损和线路铜损进行分析、统计。根据网损分析的设备类型,分为线路和变压器损耗分析。线路损耗分析对所有线路的铜损进行分析并可以根据线路铜损的绝对值或损耗率进行排序后显示以方便定位损耗严重的线路。变压器损耗分析对所有变压器的铜损和铁损进行分析并可以根据变压器铜损的绝对值或损耗率进行排序后显示,便于找出重损变压器。
  
  4 人机系统
  
  基于CC2000 DTS的电网损耗分析系统与CC2000平台是一体化型的系统。体现以下四个方面:共用同一套数据库管理系统:共用同一套画面管理系统;用同一套网络通讯管理系统:共享SCADA,PAS的厂站图、系统图,用户只需维护一套电网模型数据库和图形界面即可;
  一体化系统具有如下优点:(1)与EMS共享画面和数据,将维护工作简化到最少;(2)可以方便地获取电网实时数据或状态估计处理后的实时数据,网损分析系统可以比较真实计算出实际电网损耗的真实情况。
  在CC2000 DTS基础上开发了网损分析专用的人机界面,用户所有的设置、操作均可以在人机界面完成,使用方便、灵活。利用DTS的教员支持功能子系统的人机界面可以完成系统运行方式的调整,例如分/合开关、发电机调节、负荷调节、区域发电出力调节、区域负荷调节等等操作。利用研究分析功能子系统的人机界面,用户可以在已有厂站或新增的厂站中增加发电机、变压器、线路、负荷和电容(抗)器等设备模型,并与原电力网络设备实现自动整合后,插入原DTS实时库中,由此可以实现未来方式电网的损耗分析。
  
  5 应用效果
  
  CC2000 DTS的网损分析系统自2001年投运以来,在‘十五’期间一直在天津电网中得到实际运用,该系统针对新设备投运、线路切改、设备检修或增容及变压器负荷转移等因素及时进行网损量化分析,采取有效针对措施加以解决,是保证电网安全、经济运行不可缺少的辅助分析工具。
  利用该系统通过对天津电网机组出力、网络结构及方式变化等方面进行计算分析,得出影响网损定性或定量的结论。
  
  5.1 机组出力变化
  网损受地区电厂出力、环网线路或网间联络线方式变化较大。取11月23日平均负荷,当时北民一、二断,对机组不同出力影响网损情况进行了计算,其中盘电、杨厂、大港电厂不同出力影响程度依次递减。
  
  5.2 500kV网络结构变化
  滨海站3号变投运后,增加了从500kV受电瓶颈,提高了向东部电网输送能力,虽增加了滨宁、滨汉和韩宁线送电潮流,但降低了滨民双回受电和上葛双、上民双、北民一、北汉一线路潮流,降低了220kV线损,日降低2.5万kW·h。
  从500kV线路检修方式看,对220kV网损影响最大的是盘滨线,其次为滨吴线、北吴和吴霸线,分别影响0.304、0.192、0.045及0.078个百分点。
  500kV变压器中滨海#2或#3变检修方式对220kV网损影响较大,分别为0.198和0.186个百分点。
  
  5.3 220kV线路检修或网间联络线潮流变化
  220kV滨宁线检修对网损影响最大,潮流转移将带来线损增加,其次为上葛双和北屈双任一回线检修、吴唐线检修(港西全部倒由上港线带)、上民一、北卫一、北武、屈武、上港、吴港、蓟宝线,对220kV网损率影响0.2至0.026个百分点。
  
  5.4调整合理运行方式
  葛沽#3变的投入,缓解了大沽和葛沽变电站变压器负载率偏高问题,通过对葛沽站调整方式,均衡了三台主变负载率,日降损0.2425万kW·h,影响220kV网损率0.002个百分点。
  杨柳青两台高耗变更换后,解决了多年来变压器重损问题,在相同负荷情况下,较原来变压器日降损0.5万kW·h,影响220kV网损率0.005个百分点。
  大盂庄站投入后切代了武清站部分负荷,使220kV日降损0.358万kW·h。
  胜利村站两台变压器负荷不均,2006年4月中旬对35kV实施倒间隔后,使两台变压器负载率均衡度提高了16%,日降损198kW·h。
  武豆一和武马线新投后,对武马线和武豆一二线方式进行了调整,较原方式日降损0.315万kW·h,调整方式前后,三条线路综合降低0.321个百分点。
  
  6 结论
  
  基于天津电网CC2000 DTS的网损分析系统是目前电网理论损失计算先进的技术工具,通过对电网施行进行在线分析研究、可以减少网上不合理潮流,充分发挥设备带负载能力,达到企业降损增效的目的。
  
  7 参考文献
  
  1 余卫国,熊幼京,周新风,等,电力网技术线损分析及降损对策,电网技术,2006,30(18):54~57
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  3 王心丰,薛巍,魏文辉,我国调度员培训模拟系统发展与展望,中国电力,2000,33(5):66~69
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